JPS62158193A

JPS62158193A - 半導体ウェーハ保持装置

Info

Publication number: JPS62158193A
Application number: JP30362486A
Authority: JP
Inventors: ブー・ニルソン
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1987-07-14
Also published as: EP0227228A3; JPH0417919B2; EP0227228A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えばじ化ガリウム［ｇａｌｌｉｕｍｕａｒ
ｓｃｎｉｄｅ　　（ＧａＡ　ｓ　）　］　製又はリン化
インジウム［ｉｎｄｉｕｍ　ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ　（Ｉ
　ｎ　Ｐ　）　］　製の化合物半導体ウェーハを、分子
線エピタキシャル成長即ちＭＢＥ成畏（ｍｏｌｅｃｕｌ
ａｒ　ｂｅａｍ　ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ｇｒｏｗｔｈ）
の間支持するために用いられるホルダーに関する。

（従来の技術）化合物半導体ウェーハのＭＢＥ成長中に、このウェーハ
を支持するためのホルダーが必要とされる理由は３つあ
る。第１の理由は、ＭＢＥシステム内での取り扱い中に
、非常にもろい化合物半導体ウェーハが破損しないよう
にこのウェーハを支持するためである。第２の理由は、
ＭＢＥ成長に要求される温度（５００°Ｃから７００℃
）まで化合物半導体ウェーハを加熱するホラｌ−プレー
トとして機能するためである。第３の理由は、加熱中に
化合物半導体ウェーハの背面から化合物中の揮発性の大
きな成分（例えばＧａＡｓ中のヒ素成分）が失われるの
を防ぐためである。

従来ＧａＡｓ製のウェーハを支持するために用いられて
きたホルダーは２種類に分（プることかできる。その１
つはモリブデン製のプレートを用いるものであり、ウェ
ーハはインジウムによってこのプレートに半田付けされ
ている。モリブデン製のプレートはＧａＡＳ製のウェー
ハを機械的に保護するものである。そして、このモリブ
デン製のプレートはＭＢＥシステム内の放射加熱器（ｒ
ａｄｉａｔｉｏｎ　ｈｅａｔｅｒ）によって加熱される
。インジウムはＧａＡｓ製のウェーハに熱を伝達する媒
体として機能する。インジウムは興味のある湿度範囲内
において融解するので、ＧａＡＳ％Ｊのウェーハとモリ
ブデン製のプレートの熱膨張の相違によって生じたひず
みを除去する。また、融解したインジウムの表面張力が
ＧａＡＳＷのウェーハを決まった場所に支持する。。

もう１つのホルダーはより最近の技術に係るものである
が、ＧａＡＳ’ｌのウェーハの背面に薄い耐熱性金属フ
ィルムを蒸着させている。この金属フィルムはホットプ
レートとして機能し、ＧａＡＳ％のウェーハを加熱する
。この金属フィルムはまた、ＧａＡｓ製のウェーハの背
面からヒ素成分が気化して失われてしまうのを防止する
キャップとしても機能する。ウェーハを機械的に保護す
るためにモリブデン製の環状支持部材が使用されている
。

（発明が解決しようとする問題点）上述のインジウムを用いた半田付けによるホルダーは約
１０年間にわたって使用されてきたが、次のような問題
点があった。

モリブデン製のプレートにインジウムを用いてウェーハ
を半田付けし、そしてＭＢＥ成長後にウェーハを取り外
すのは時間がかかるし、またこの取り扱い中にウェーハ
が破損してしまうことがあった。

また、ウェーハが比較的大きな場合には均一なインジウ
ムの半ｔｎ層を形成することが難しかった。

そして、半田層が不均一な場合にはＧａＡＳ％ｌのウェ
一ハの加熱も不均一となり、またＭ・ＢＥ結晶成長中に
ウェーハがひどくひずんでしまうことがあった。

更に、ＭＢＥ成長後に次の処理を施す前にはウェーハの
背面からインジウムを取り除く必要があるが、ＭＢＥ成
長中にインジウムがウェーハの背面に深く入り込んでし
まうため除去処理がしばしば困難となる。

ＧａＡｓ製のウェーハの背面に薄い耐熱性金属フィルム
を蒸着されたホルダーは、インジウムを用いた半田付け
によるホルダーに比して浸れた点を有するものではある
が、次のような問題点を有している。

ＭＢＥ成長前にウェーハの背面に耐熱性金属フィルムを
形成させる蒸着工程が必要である。

また、この耐熱性金属フィルムはインジウムと同様にＭ
ＢＥ成長後に取り除く必要がある。

更に、この耐熱性金属フィルムはＭＢＥ成長中にウェー
ハにひずみを生じることがある。

本発明は従来技術の有する以上の問題点に鑑みなされた
ものであり、ＭＢＥ成長の前後にウェーハに対する処理
工程が必要なく、またＭＢＥ成長中にウェーハにひずみ
や、そりが生じることのない化合物半導体ウェーハ用ホ
ルダーを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の問題点を解消するため、本発明においてはその実
施例を示す第１図及び第２図に見られる用に、分子線エ
ピタキシャル加熱の間化合物半導体ウェーハ２０を支持
する化合物半導体ホルダー１０において、第１のリング
部材１６と、第２のリング部材１２と、第２のリング部
材１２に固定的に取付けられて赤外線を伝達することが
できるバックプレート１４と、ウェーハ２０が間に位置
決めされたときに、ウェーハ２０がその外周縁の周りを
均一に支持され且つウェーハ２０と第２のリング部材１
２とバックプレート１４との間の空間内に密閉領域が形
成されるように第１のツク部材１６を第２のリング部材
１２に対して固定的に接続する固定手段３４．３２とを
宛えていえる。

（作用）本発明では、一方の側にホットプレートとして機能する
バックプレート１４が固定的に取り付けられている第２
のリング部材１２に化合物半導体ウェーハ２０が支持さ
れるが、第２のリング部材１２とバックプレート１４と
化合物半導体ウェーハ２０との間には気密的な空間が形
成されているので、化合物半導体ウェーハ２０に対して
金属フィルムの蒸着等の処理工程を施さなくても揮発性
成分が減少することはない。また、化合物半導体ウェー
ハ２０は外周部が均一に支持されているのでＭＢＥ成長
中にこのウェーハ２０に好ましくないひずみが発生する
ことはない。

（実施例）以下、第１図及び第２図を参照して本発明の詳細な説明
する。

１０は化合物半導体ウェーハ用ホルダーであり、ホルダ
ー１０はウェーハ２０をバックプレート１４と隔てて支
持する支持リング部材１２（第２のリング部材）を有し
ている。バックプレート１４は支持リング部材１２の一
方の側に固定的に取り付けられる。本実施例においでは
、支持リング部材１２の一方の側にバックプレート用シ
ート部２４を形成し、バックプレート用シート部２４に
バックプレート１４を嵌め込んで上側からバックプレー
ト用リング１８によって固定している。このバックプレ
ート用リング１８は好ましくは、薄いタンタル（ｔａｎ
ｔａｌｕｍ）　’３７プレートによって形成されるべき
である。ウェーハ２０もまた、支持リング部材１２の他
方の側に形成されたウェーハ用シート部２６に嵌め込ま
れ、上側からウェーハ用リング１６（第１のリング部材
）で適切に固定され支持されている。ウェーハ用リング
１６もタンタル製であることが好ましい。支持リング部
材１２゜ウェーハ用リング１６及びバックプレート用リ
ング１８にはそれぞれ孔３０が周方向に等間隔で設けら
れている。この孔３０へねじ部材３２を挿入し、このね
じ部材３２と固定部材を構成、するナツト３４を嵌め込
むことによってウェーハ用リング１６とバックプレート
用リング１８は支持リング部材１２に取り付けられたウ
ェーハ２０及びバックプレート１４を固定している。

支持リング部材１２はモリブデン（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕ
ｍ）製であることが好ましく、また十分な機械的強度お
よび硬さを有すべぎである。バックプレート１４は永久
的に支持リング部材１２に取り付けらで、ウェーハ２０
の加熱を妨げることなく、ウェーハ２０が例えばＧａＡ
ｓ製である場合に背面からヒ素成分が気化して失われて
しまうことを防出している。

ウェーハ用リング１６とバックプレート用リング１８が
タンタル製であれば、モリブデン製の支持リング部材１
２からの熱伝達を最小限のものとすることができる。

化合物半導体ウェーハ用ホルダー１０の使用により、イ
ンジウムのような物質を溶着し、そして取り除くといっ
たウェーハ２０に対する前後処理が不要となる。この化
合物半導体ウェーハ用ホルダー１０は、ＧａＡＳ製又は
ＩｎＰ製のウェーハ２０上へのＭＢＥ成長に特に有用で
ある。ウェーハ２０が化合物半導体ウェーハ用ホルダー
１０に取り付けられると空間２２が形成されこの空間は
ＧａＡｓ製のウェーハ２０のＭＢＥ成艮中にヒ素の損失
を防止する密閉領域即ちヒ素過圧領域を作る。ウェーハ
２０は外周縁部が均一に支持されているので、ＭＢＥ成
長中のウェーハ２０のひずみ。

そり等を最小限にすることができる。

バックプレート１４はウェーハ２０と接触していないの
でウェーハ２０上に熱伝導ににっで複数の局部ホットス
ポットを生じさせることができる。

ウェーハ２０とバックプレート１４との間隔は、１　、
２７ｍｍ　（５０ｍｉｌ　）であることが好マシイ。

バックプレート１４はわずかに（３００℃程度）加熱さ
れるので、ヒ素の付着率はほぼＯであると推定される。

これによりヒ素の局部過圧が、ＱａＡｓＭのウェーハ２
０の背面の劣化又は分解を防止する。空間２２の気密性
又はシーリングは完全ではないけれども、−実験によれ
ばヒ素過圧の確立は、少なくとも６５０℃まで劣化を防
ぐのに十分なものである。バックプレー１・を用いない
でＱａＡＳ製のウェーハを加熱した実験結果によれば、
ウェーハの放射率を変えるようなＧａＡｓウェーハの背
面のひどい劣化が生じ、またウェーハが急速に過熱状態
どなってしまった。

バックプレート１４に使用される物質は慎重に選択され
なければならない。まず第１に、この物質は例えば高温
で非常に低い蒸気圧を有しているというような非常に高
い真空適合性（ｖａｃｕｕｍ　ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　
）のあるものでなければならない。基体即ちバックプレ
ート１４はまた、可能であれば、例えばＧａＡＳ製のよ
うなウェーハ２０が吸収性をもつ波長領域内で透明性を
右するべきである。

バックプレート１４がこのような透明性を有することに
よってウェーハ２０はより十分に加熱されることとなる
。最後に、バックプレート１４はあまり高価でなく、か
つ適度な機械的強度と硬さを有するものでなければなら
ない。

以上の要求を満足する適当な基体材料は、例えばシリコ
ン、リン化ガリウム［ｇａｌｌｉｕｍ　ｐｈＯ３Ｄｈｉ
ｄｏ　　（ＧａＰ）］、熱分解窒素ホウ素［ｐｈｒｏｌ
ｙｔｉｃｂｏｒｏｎ　ｎ１ｔｒｉｄｅ　　（ＰＢＮ　）
　］及びサファイヤ（５ａｐｐｈｉｒｅ）をあげること
ができる。実験によってシリコン製のバックプレート１
４は非常によく機能することが確認された。しかしなが
ら、シリコンはＧａＡＳよりも興味のある温度領域内で
透明度が劣るためにＧａＡｓ１のウェーハ１４の加熱の
効率が悪くなる。実際、シリコン製のウェーハは典型的
なＭＢＥ成長状態において、ＧａＡｓ製のウェーハより
高温となる。サファイヤは可視領域（ｖｉｓｉｂｌｅ　
ｒｅａｉｏｎ）において透明性を有しており、その結果
シリコンよりＧａＡｓ製のウェーハ２０を効率よく加熱
するので、シリコンよりも優れていることが確認された
。ＧａＰは高価で非常にもろい。ＰＢＮは高価であると
ともに可視領域内での透明性が劣っている。

ＭＢＥ成長中にウェーハの良好な平坦度を維持するため
には、ウェーハの機械的支持手段を適当なものとするこ
とが重要である。まず１，３つのクリップによってウェ
ーハを吊り下げて支持することを試みた。しかしながら
、クリップとの接触箇所近傍でウェーハに大きなそり（
ｂｏｗｉｎｇ）が生じてしまった。このそりはクリップ
からの熱伝導による局部加熱のためである、クリップと
ウェーハを囲むモリブデン製の支持リング部材とは常に
ＧａＡｓ製のウェーハより高温となっている。なぜなら
ば、これらの金属部品は、ＧａＡｓよりもより効率的に
熱放射を吸収するからである。

第１図に示したタンタル製のウェーハ用リング１６は高
温のモリブデン製の支持リング部材１２からＧａＡｓ製
のウェーハ２０への熱伝導を最小限のものとする。バッ
クプレート１４を支持リング部材１２に適当に固定する
ためのバックプレート用リング１８にも同様のタンタル
製のプレートが使用されている。このバックプレート１
４は熱放射を遮蔽するよう機能するので、モリブデン製
の支持リング部材１２の温度を下げる。この化合物半導
体ウェーハ用ホルダー１０は、クリップを用いたホルダ
ーに比して平坦性を改良してウェーハに生じるひずみを
小さなものとすることができる。

（発明の効果）以上述べたように、本発明の化合物半導体ウェーハ用ホ
ルダーはＭＢＥ結晶成長の前後に化合物半導体ウェーハ
に処理工程を施す必要のないものである。従って、ＭＢ
Ｅ成長工程の簡易化が達成されるとともに、ＭＢＥ成長
工程において化合物半導体ウェーハを破損させるといっ
たおそれがない。また、化合物半導体ウェーハは外周部
が均一に支持されるので、ＭＢＥ成長中に化合物半導体
ウェーハに好ましくないひずみが生じることが防止され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は化合物半導体ウェーハが取り付けられた未発朋
に係る化合物半導体ウェーハ用ホルダーの断面図、第２
図は化合物半導体ウェーハと本発明に係る化合物半導体
ウェーハ用ホルダーの分解斜視図である。１０・・・化合物半導体ウェーハ用ホルダー、１２・・
・支持リング部材（第２のリング部材）、１４・・・バ
ックプレート、１６・・・ウェーハ用すン゛グ（第１の
リング部材）、１８・・・バックプレート用リング、２
０・・・ウェーハ、２２・・・空間、２４・・・バック
プレート用シート部、２６・・・ウェーハ用シート部、
３０・・・孔、３２・・・ねじ部材、３４・・・ナツト
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分子線エピタキシャル加熱の間化合物半導体ウェ
ーハを支持する化合物半導体ホルダーにおいて、第１のリング部材と、第２のリング部材と、前記第２のリング部材に固定的に取付けられて赤外線を
、伝達することができるバックプレートと、前記ウェー
ハが間に位置決めされたときに、前記ウェーハの外周縁
の周りをほぼ均一に支持し且つ前記ウェーハと前記第２
のリング部材と前記バックプレートとの間の空間内に密
閉領域を形成するように前記第１のリング部材を前記第
２のリング部材に対して固定的に接続する固定手段とを
具備してなる化合物半導体用ホルダー。
（２）特許請求の範囲１項記載の化合物半導体ウェーハ
用ホルダーにおいて、前記第２のリング部材はモリブデ
ンより形成されていることを特徴とする化合物半導体ウ
ェーハ用ホルダー。
（３）特許請求の範囲第２項記載の化合物半導体ウェー
ハ用ホルダーにおいて、前記第１のリング部材はタンタ
ルより形成されていることを特徴とする化合物半導体ウ
ェーハ用ホルダー。
（４）特許請求の範囲第３項記載の化合物半導体ウェー
ハ用ホルダーにおいて、前記バックプレートは、シリコ
ン、リン化ガリウム、熱分化窒化ホウ素及びサフアイヤ
からなる物質群から選択された物質より形成されている
ことを特徴とする化合物半導体ウェーハ用ホルダー。
（５）特許請求の範囲第３項記載の化合物半導体ウエー
ハ用ホルダーにおいて、前記バックプレートはサフアイ
ヤより形成されていることを特徴とする化合物半導体ウ
ェーハ用ホルダー。
（６）特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体ウェー
ハ用ホルダーにおいて、前記化合物半導体ウェーハはヒ
化ガリウムより形成されていることを特徴とする化合物
半導体ウェーハ用ホルダー。
（７）特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体ウェー
ハ用ホルダーにおいて、前記化合物半導体ウェーハはリ
ン化インジウムより形成されていることを特徴とする化
合物半導体ウェーハ用ホルダー。